Il débute au sein de l'industrie cinématographique dans les années 1990, comme assistant-réalisateur sur les films de José Pinheiro, Jean-Marie Périer, Arthur Elgort ou encore Élie Chouraqui. En 2004, il officie auprès d'Olivier Marchal sur 36, quai des Orfèvres en tant que conseiller technique et directeur artistique. C'est à la télévision que Frédéric Tellier fait ses premières armes en tant que réalisateur. Il dirige notamment la saison 1 de la série Un flic (2006), puis plus tard celle Des hommes de l'ombre (2012), dans laquelle il dirige Nathalie Baye, Bruno Wolkowitch et Grégory Fitoussi. On lui doit également plusieurs téléfilms dont Sauvage (2003), Obsession(s) avec Émilie Dequenne, Samuel Le Bihan, Olivier Sitruk et Lionnel Astier et Les Robins des pauvres (2011) qui reçoit prix de la meilleure photographie au Festival du film de télévision de Luchon. En 2015, Frédéric Tellier écrit et réalise son premier long-métrage : L'affaire SK1, qui retrace l'affaire Guy George, "le tueur de l’est parisien". On retrouve au casting Raphaël Personnaz, Nathalie Baye, Olivier Gourmet, Michel Vuillermoz, Christa Theret et Thierry Neuvic. Un coup d'essai réussi puisque le film est nommé à deux reprises aux César : meilleure adaptation et meilleur premier film.
